第十二章 膜分离课件.ppt
第十二章 膜 分 离,Membrane Seperation,利用选择性透过膜，对组分进行分离、提纯或富集的单元操作，称膜分离。20世纪膜分离技术的发展历程：30年代微孔过滤（MF），40年代渗析（DL），50年代电渗析（ED），60年代反渗透（RO），70年代超滤（UF），80年代气体分离（GP），90年代渗透蒸发（PV）。,第一节 膜及膜分离器,12-1 分 离 膜 12.1A 分离膜的分类,1无机分离膜（1）陶瓷膜（2）玻璃膜（3）金属膜（4）分子筛炭膜2聚合物分离膜12.1B 聚合物膜的制备工艺1.相转化法成膜2.复合膜的制备 分别制备超薄皮层和多孔支撑层后再将二者进行复合。支撑层提供支持强度，皮层起分离作用。,12.1C 膜的性能和膜渗机理1、分离膜的性能 包括两方面：分离透过特性和物理化学稳定性。 主要的分离透过特性为以下三种：（1）溶质分离率 （2）溶剂透过速度 （3）膜的流量衰减因数 2、膜渗机理（1）毛细管流动模型（2）溶解扩散模型,12-2 膜分离器 膜分离器是膜分离装置系统中最核心部分，又称膜组件。将膜以某种形式组装在一个基本单元设备内，这个基本单元设备就称为膜分离器。 工业上常用的膜分离器形式主要有板框式、圆管式 、 螺旋卷式和中空纤维式四种类型。 性能良好的膜组件应具备下列条件：（1）对膜提供足够机械支撑并可使原料液和透过液分开。（2）在能耗最小的条件下，料液在膜面上流动，减少浓差极化。（3）具有尽可能高的装填密度。（4）装置牢固安全，价格低廉。,12.2A 板框式膜组件1系紧螺栓式2耐压容器式12.2B圆管式膜组件1内压型管束式2外压型管壳式12.2C 螺旋卷式膜组件12.2D 中空纤维式膜组件中空纤维为极细的空心膜管，外径约为50200m,内径为2542m。多达105106根中空纤维成束装入圆筒形耐压容器内。分为以下三种类型：（1）轴流型（2）径流型（3）纤维卷筒型,第二节 反渗透和超滤,12-3 反渗透的基本原理 12.3A 渗透和反渗透,因 ，发生渗透 。 如果是稀溶液，渗透压（osmotic pressure）:c溶液浓度，mol/m3。溶液侧施压，发生反渗透 (reverse osmosis RO)。,12.3B 反渗透的传质方程1、溶剂扩散速率方程Nw溶剂扩散率，kg/(m2s)Pw溶剂膜渗透率 (permeability),kg/(Pams);Kw溶剂渗透率常量，又称透水系数kg/(Pam2s);,2.溶质扩散速率Ns溶质的通量，kg/(m2s)Ks溶质的渗透率常量，m/s,3溶质的分离率 令 ：,12-4 反渗透的实际过程12.4A 浓度极化及其消除 表面附近溶液浓度高于浓缩液主体的浓度，这种现象称为浓度极化（concentration polarization）。浓度极化因数M： 1,浓度极化对反渗透操作会产生三种不利作用。（1）使反向推动力增大，降低透水速率。 反渗透推动力的合力较非极化时下降。（2）使有效膜面积减少，亦使透水率下降（3）使溶质的渗漏增大。,浓度极化作用的主要影响因素：（1）透水率（2）溶液黏度（3）溶质在溶液中的扩散系数（4）膜表面上溶液的流动条件12.4B 反渗透工艺1前处理工艺2反渗透基本工艺流程（1）一级一段流程（2）一级多段流程（3）多级流程3后处理工艺,12-5 超滤与微孔过滤,12.5A 超滤(Ultrafiltration,UF) 1.超滤的基本原理超滤膜对大分子溶质等的截留作用是由于 （1）在膜表面和微孔内的吸咐（一次吸咐）；（2）在膜孔中的阻塞；（3）在膜表面的机械截留（筛滤）。 2.超滤膜和组件 3.超滤过程中膜的污染 4. 超滤操作的流程,12.5B 微孔过滤(Microfiltration,MF) 微孔过滤（MF）是介于普通过滤和超滤之间的一种操作，一般认为MF的有效分离范围为直径0.110 m的粒子，操作静压差为 10200kPa1微孔滤膜及组件2微孔过滤的应用 12-6超滤和反渗透在食品工业中的应用1蛋白质的分离2食品料液的净化,超滤澄清工艺优点：（1）缩短果蔬汁的处理时间（2）节省了压滤机、离心机、反应罐等设备投资以及淀粉酶、果胶酶以及澄清剂、助滤剂等费用。（3）维生素C等损失少，果胶、蛋白质和香气物质可以回收。（4）超滤本身可除微生物，后面不再需要加热杀菌。 3.食品料液的浓缩 4.工业废水的处理 5.膜反应器的应用,第三节 电渗析,使离子在电场作用下通过膜进行渗析迁移的过程，称为电渗析（electrodialysis,ED） 12-7 电渗析的基本原理和概念12.7A 电渗析的基本原理,1、离子交换膜的选择性透过原理磺酸型阳膜的结构： RSO-3H+季胺型阴膜的结构： RN+(CH3)3OH-2电渗析器分离原理12.7B 电渗析的基本概念1、离子移动速度 2离子通量 3离子迁移数 对1-1价 :,4.能耗与库仑效率每膜对中能量单耗 库仑效率: 12-8电渗析装置系统12.8A 电渗析器12.8B 工业电渗析系统1电渗析操作流程（1）一级一段（2）二级一段（3）一级二段（4）二级二段2电渗析应用系统,
